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Conferencia: 'Nuevo escenario de las fuerzas y la presión de radiación en electrodinámica'



Lugar:
Salón de Grados (edificio A)
Fecha y Hora:
Fecha de Inicio: 07 febrero 2023
Hora de Inicio: 12:00
Hora de Finalización: 13:00

Organizador:
Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones
Descripción:

Conferencia de Manuel Nieto-Vesperinas, profesor de investigación ad honorem del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC).

Resumen

El balance de energía en la interacción de la luz -u otras ondas electromagnéticas- con la materia se determina con una cantidad compleja en su expresión matemática. La parte real es la energía activa, esto es, la que se propaga desde la fuente y se transfiere o intercambia con la materia según la ley de conservación expresada por el teorema de Poynting. Es la más comúnmente considerada en las interacciones. La parte imaginaria, sin embargo, constituye la energía reactiva, que varía en el denominado tiempo reactivo; está caracterizada por el vector de Poynting imaginario, y se asocia a energía que se acumula en las proximidades de la fuente, o del objeto iluminado, no se transporta, y su presencia merma la energía activa. Siendo por ello esencial para los ingenieros que trabajan en el diseño de circuitos y antenas; de manera que controlar esta potencia reactiva es crucial para poder optimizar la eficiencia en la energía activa emitida o transferida.

La ley de conservación de la cantidad de movimiento de la luz y otras ondas electromagnéticas gobierna la presión de radiación o fuerza ejercida por estas y, hasta ahora, ha trabajado siempre con una única variable, que es real: el tensor de esfuerzos de Maxwell. La nueva investigación demuestra sin embargo que existe, además, una parte imaginaria de un tensor de esfuerzos complejo, cuya parte real es el conocido de Maxwell. Esta es una fuerza reactiva que construye un momento orbital reactivo de la onda. Ambos reducen el momento lineal y angular de la misma, y por tanto la fuerza o par que puede ejercer. Por ello el control de estas nuevas cantidades es importante para optimizar la fuerza electromagnética. Esto toca de lleno los fundamentos de la Electrodinámica en todo lo relativo a la propulsión de materia por la presión de radiación, a la creación de enlaces ópticos (moléculas fotónicas), y a la manipulación de objetos por acción de la luz (pinzas ópticas). Temas, hoy en día, calientes en el desarrollo de la micro y nano-ciencia y tecnología.

Además, la nueva ley completa el panorama interpretativo de la conservación del momento electrodinámico. Aunque existen dificultades prácticas involucradas en el desarrollo de la propulsión y de la manipulación fotónica, los importantes avances y la madurez actual de estas áreas justifican la formulación de esta teoría. Asimismo, esta sugiere la universalidad de la fuerza reactiva descubierta; esto es, en la acción mecánica de las ondas de sonido, fluidos, y de las ondas de materia; abriéndose así nuevos campos de investigación.

Referencia: NIETO-VESPERINAS, MANUEL; Y XU, XIAOHAO . The complex Maxwell stress tensor theorem: The imaginary stress tensor and the reactive strength of orbital momentum. A novel scenery underlying electromagnetic optical forces. Light: Science & Applications. 11, 297 (2022).

Ponente

Manuel Nieto Vesperinas nació en Madrid en 1950 y obtuvo su licenciatura en Física por la Universidad Autónoma de Madrid (1973), y su doctorado por la misma universidad y por el Kings College la Universidad de Londres (1978). Ha sido profesor de la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad Nacional de Educación a Distancia, y ha trabajado en el Instituto de Óptica del Consejo Superior de Investigaciones científicas (CSIC). También ha tenido posiciones de profesor visitante en las universidades de Erlangen-Nürnberg, Rochester,, California en Irvine, Imperial College de Londres y École Centrale de Paris. Es autor de unas 210 publicaciones en revistas técnicas, un libro de texto y editor de cinco libros monográficos. Ha sido editor asociado del Journal of the Optical Society of America y Multidimensional Systems and Signal Processing, y miembro del comité editorial de Optics Letters, Journal of Optics y Waves in Random Media. Es fellow de la Optical Society of America, del Institute of Physics, y de la Electromagnetics Academy del MIT.

 

 

 


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